傳感器主要知識(shí)點(diǎn)

1、1. 傳感器定義 傳感器是一種以一定的精確度把被測(cè)量轉(zhuǎn)化為與之有確定對(duì)應(yīng)關(guān)系的、便于精確處理 和應(yīng)用的另一種量的測(cè)量裝置或系統(tǒng)。靜態(tài)特性 指?jìng)鞲衅髟谳斎肓康母鱾€(gè)值處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的輸出與輸入的關(guān)系，即當(dāng)輸入量是 常量或變化極慢時(shí)，輸出和輸入的關(guān)系。動(dòng)態(tài)特性 輸入量隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化時(shí)，傳感器的輸出也隨之變化的回應(yīng)特性。擴(kuò)展一階環(huán)節(jié)微分方程為dyal +aOy=bOx 令t =a1/a0為時(shí)間常數(shù)，K=bO/a0為靜態(tài)靈敏度 dt即(t s+1) y=Kx頻率特性 y (j w )/ x (j w ) =K/(j w t +1).課后習(xí)題 1-102. 金屬的電阻應(yīng)變效應(yīng)：導(dǎo)體或半導(dǎo)體在受到外力的作用

2、下，會(huì)產(chǎn)生機(jī)械形變，從而導(dǎo)致其 電阻值發(fā)生變化的現(xiàn)象。應(yīng)變式電阻傳感器主要由電阻應(yīng)變計(jì)、彈性元件和測(cè)量轉(zhuǎn)換電路三部分構(gòu)成；被測(cè)量作用在彈性元件上，彈性元件作為敏感元件，感知由外界物理量(力、壓力、力矩等)產(chǎn)生相應(yīng)的 應(yīng)變。3. 實(shí)際應(yīng)用中對(duì)應(yīng)變計(jì)進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)脑?，補(bǔ)償方法及其優(yōu)缺點(diǎn)原因：由于環(huán)境溫度所引起的附加的電阻變化與試件受應(yīng)變所造成的電阻變化幾乎在相同的 數(shù)量級(jí)上，從而產(chǎn)生很大的測(cè)量誤差。補(bǔ)償方法：A自補(bǔ)償法a單絲自補(bǔ)償法 優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造使用方便，成本低，缺點(diǎn)是 只適用于特定的試件材料，溫度補(bǔ)償范圍也狹窄。b組合式補(bǔ)償法優(yōu)點(diǎn)是能達(dá)到較高精度的補(bǔ)償，缺點(diǎn)是只適用于特定的試件材料。B

3、線路補(bǔ)償法a電橋補(bǔ)償法 優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便，可對(duì)各種試件材料在較大溫度范圍內(nèi)進(jìn)行補(bǔ)償。缺點(diǎn)是在低溫變化梯度較大的情況下會(huì)影響補(bǔ)償效果。b熱敏電阻補(bǔ)償法 補(bǔ)償良好。C串聯(lián)二極管補(bǔ)償法 可補(bǔ)償應(yīng)變計(jì)的溫度 誤。4. 變隙式電感傳感器的結(jié)構(gòu)、工作原理、輸出特性及其差動(dòng)變隙式傳感器的優(yōu)點(diǎn)由線圈、鐵芯和銜鐵構(gòu)成；在線圈中放入圓柱形銜鐵當(dāng)銜鐵上下移動(dòng)時(shí)，自感量將相應(yīng)變化，構(gòu)成了電感式傳感器 輸出函數(shù)為L(zhǎng)=w 2卩OS/2 3其中卩0為空氣的磁導(dǎo)率，SO為截面積，S 為氣隙厚度。優(yōu)點(diǎn)可以減小氣隙厚度帶來(lái)的誤差。5. 電感式傳感器和差動(dòng)變壓器傳感器的零點(diǎn)殘余誤差產(chǎn)生原因，如何消除原因兩個(gè)電感線圈的等效參數(shù)不

4、對(duì)稱，使其輸出的基波感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的幅值和相位不同，調(diào)整磁芯位置時(shí)也不能達(dá)到幅值和相位同時(shí)相同；傳感器的磁芯的磁化曲線是非線性的，所以在傳感器線圈中產(chǎn)生高次諧波。而兩個(gè)線圈的非線性不一致使高次波不能相互抵消。措施在設(shè)計(jì)和工藝上，要求做到磁路對(duì)稱、線圈對(duì)稱，磁芯材料要均勻，特性要一致； 兩個(gè)線圈要均勻，緊松一致。采用拆圈的試驗(yàn)方法，調(diào)整兩線圈的等效參數(shù)，使其盡量相同。在電路上進(jìn)行補(bǔ)償。6. 改善單組式變極距型電容式傳感器的非線性傳感器輸出特性的非線性隨相對(duì)位移 / 3 0勺增加而增加，為了保證線性度，應(yīng)限制相對(duì)位移的大小。一般采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)，使之在結(jié)構(gòu)上對(duì)稱，減小非線性誤差。電容式傳感器工作原理：

5、兩平行極板組成的電容器，不考慮邊緣效應(yīng)，其電容C=£ S/3式中£極板間介質(zhì)的介電常數(shù) S極板的遮蓋面積 3極板間的距離當(dāng)被測(cè)量的變化使式中的 £ 3 S任一參量發(fā)生變化時(shí)，電容 C也隨之變化。7正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)及常用的壓電材料由于機(jī)械力的作用使石英晶體表面出現(xiàn)電荷的現(xiàn)象由于電場(chǎng)作用使壓晶體管產(chǎn)生形變的現(xiàn)象材料a單晶壓晶體管：石英、硫酸鋰、磷酸二氫銨等；多晶壓電陶瓷：報(bào)化的鐵電陶瓷鋯鈦酸鉛和鈮酸鉛；某些高分子壓電薄膜：聚偏二氟乙烯及其化合物。超聲波有縱波、橫波、表面波、蘭姆波。根據(jù)超聲場(chǎng)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)與聲能量傳播方向之間的關(guān)系來(lái)分。8不能用壓電式傳感器測(cè)量變化

6、緩慢的信號(hào)的原因原因 當(dāng)敏感元件受到靜態(tài)力時(shí)，電極上產(chǎn)生電子電荷，電壓檢測(cè)電路的內(nèi)阻會(huì)導(dǎo)致這些電子流失，若用來(lái)檢測(cè)變化比較緩慢的信號(hào)，輸出信號(hào)可能會(huì)這時(shí)間的消失。9磁電式傳感器的類(lèi)型和工作原理磁電式傳感器分為相對(duì)運(yùn)動(dòng)式磁電感應(yīng)傳感器和磁阻式磁電感應(yīng)傳感器；前者又分為動(dòng)圈式和動(dòng)鐵芯兩種結(jié)構(gòu)類(lèi)型；后者分為開(kāi)磁和閉磁路兩類(lèi)。磁電式傳感器是以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)的，由E=-Nd/dt=NBIv可知分為定磁通式和變磁通式傳感器。10比較熱電偶、熱電阻、熱敏電阻三種熱電式傳感器的特點(diǎn)及其測(cè)量線路的要求熱電偶特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、準(zhǔn)確度高，測(cè)量范圍廣；熱電阻特點(diǎn)a有較大的溫度系數(shù)和較高的電阻率，以減小體積

7、和質(zhì)量，減小熱慣性、改善動(dòng)態(tài)特性，提高靈敏度b有線性或近是線性輸出 c在測(cè)量范圍內(nèi)熱電阻材料的化學(xué)、物理性質(zhì)穩(wěn)定d良好的工藝性復(fù)現(xiàn)性好，易于批量生產(chǎn)熱敏電阻特性 a溫度升高，電阻變小與金屬電阻相反b電阻對(duì)溫度的變化率是熱電阻的10倍以上，靈敏度高 c結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單體積小重量輕回應(yīng)速度快d適合批量生產(chǎn) 價(jià)格便宜。熱電偶的測(cè)量電路要加溫度補(bǔ)償電路；熱電阻的測(cè)量電路的引線本身具有一定的阻值，且與熱電阻相串聯(lián)，且引線電阻的阻值時(shí)隨著環(huán)境溫度而變，會(huì)造成測(cè)量誤差，必須采用相應(yīng)的測(cè)量線路來(lái)改善測(cè)量精度；熱敏電阻的測(cè)量電路中應(yīng)對(duì)熱敏電阻進(jìn)行線性化。常見(jiàn)熱電偶：鉑銠 30-鉑銠6熱電偶、鉑銠10-鉑熱電偶、鎳鉻-鎳

8、硅熱電偶、鎳鉻-康銅熱電 偶、銅-康銅熱電偶。11.補(bǔ)償導(dǎo)線的作用 連接導(dǎo)線和顯示儀器；使用補(bǔ)償導(dǎo)線的原則不影響回路的總電動(dòng)勢(shì)。12光電效應(yīng)分類(lèi)，對(duì)每類(lèi)光電效應(yīng)列舉兩種光電器件光電效應(yīng)分外光電效應(yīng)和內(nèi)光電效應(yīng)， 內(nèi)光電效應(yīng)又分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光電伏特效應(yīng)， 外光 電效應(yīng)器件有光電管和光電倍增管， 光電伏特效應(yīng)器件包括光電池， 半導(dǎo)體發(fā)光二極管； 光 電導(dǎo)效應(yīng)器件單晶型、多晶型光敏電阻。13光電傳感器是將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)化成光量的變化，再通過(guò)光電元件把光量的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種測(cè)量裝置。它具有體積小、重量輕、回應(yīng)快、靈敏度高的、功耗低、便于集成、 易于實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)。它主要由光源、光學(xué)通路和

9、光電探測(cè)器件三部分組成。14. 數(shù)字式傳感器是指?jìng)鞲衅鞯妮敵鲂盘?hào)是數(shù)字量；其優(yōu)點(diǎn)測(cè)量精度和解析度更高，穩(wěn)定性更好，抗干擾能力更強(qiáng)，易于與微型計(jì)算機(jī)界面相連，組成智能控制系統(tǒng)，也方便信號(hào)的傳輸和處理。15. 光柵是由很多等節(jié)距的透光縫隙和不透光的刻線均勻相間排列構(gòu)成的光器件。按工作原理，有物理光柵和計(jì)量光柵之分，物理光柵主要利用光的衍射現(xiàn)象，計(jì)量光柵主要利用光柵的莫爾條紋現(xiàn)象，主要用于位移和角位移的測(cè)試，它主要應(yīng)用于高精度加工機(jī)床、光學(xué)坐標(biāo)鏜床、大規(guī)模集成電路制造設(shè)備和高精度測(cè)試儀器等，它具有測(cè)量結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高、易于與計(jì)算機(jī)連接等優(yōu)點(diǎn)。光柵傳感器作為一個(gè)完整的測(cè)量裝置，主要由光柵、光電轉(zhuǎn)換

10、裝置和調(diào)理電路組成，包括光柵讀數(shù)表、光柵數(shù)顯表兩大部分。光柵讀數(shù)表利用讀數(shù)原理把位移量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)； 光柵數(shù)顯表是實(shí)現(xiàn)細(xì)分、辨向和顯示功能的電子系統(tǒng)。16將機(jī)械運(yùn)動(dòng)的模擬量轉(zhuǎn)化成以數(shù)字代碼形式表示的電信號(hào)，這類(lèi)傳感器稱為編碼器。它 有高精度、高分辨率和高可靠性等優(yōu)點(diǎn)。增量編碼器（脈沖盤(pán)式編碼器）注重分辨率的求法習(xí)題9-8入=$ / n= 8.79°/ 100 =0.0879°17. 光纖傳感器原理 光纖不僅可以作為光波的傳播介質(zhì)，而且光波在光纖中傳播時(shí)，表征光波的特征參量（振幅、相位、偏振態(tài)、波長(zhǎng)等）因外界因素（壓力、溫度、磁場(chǎng)、電場(chǎng)、位移、轉(zhuǎn)移等） 的作用而間接或直

11、接地發(fā)生變化，據(jù)此可測(cè)量出引起這個(gè)變化的各種物理量。特點(diǎn)a抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕，本質(zhì)安全；b靈敏度高；c重量輕，體積小，外形可變，可繞；d測(cè)量對(duì)象廣泛，對(duì)被測(cè)介質(zhì)影響小，便于復(fù)用，便于成網(wǎng)，成本低。18. 偏振態(tài)調(diào)制傳感型光纖傳感器定義 利用光在傳播過(guò)程的偏振態(tài)的變化對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)的光纖傳感器。改變光波的偏振態(tài)的方法a利用光在處于磁場(chǎng)中的介質(zhì)內(nèi)傳播的法拉第效應(yīng)；b利用光在電場(chǎng)中的壓晶體管內(nèi)傳播的電光效應(yīng)c利用物質(zhì)的光彈效應(yīng)；d利用光的雙折射特性等。其典型例子就是利用光在磁場(chǎng)中介質(zhì)內(nèi)傳播的法拉第效應(yīng)制作的用于高壓傳輸線的光纖電 流傳感器。光纖材料的法拉第效應(yīng) 旋轉(zhuǎn)角度3與磁場(chǎng)強(qiáng)度H、磁場(chǎng)中光纖的長(zhǎng)度 L有下列關(guān)系3 = VHL式中V為菲爾德常數(shù)，由于載流導(dǎo)體在周?chē)臻g產(chǎn)生的磁場(chǎng)滿足安培環(huán)路定律， 對(duì)于長(zhǎng)直導(dǎo)線有 H= I/（ 2n R）因此只要測(cè)出3 , L , R等值，就可由3 = VLI /2 n R = VNI求出電流I式中N是繞在導(dǎo)線 上的光纖的總?cè)?shù)。課后習(xí)題10-1019. 智能傳感器定義以微處理器為核心單元，具有檢測(cè)、判斷和信息處理等功能的傳感器。智能化的途徑 a采用微處理器或微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以強(qiáng)化和提高傳統(tǒng)傳感器的功能，即傳